(57)【要約】【課題】  常温常圧下で安定であり且つ安全性、取り扱い性及び水素貯蔵量に優れた液体の有機ハイドライドを直接燃料とし、搭載性及び安全に優れ、且つ、炭酸ガス等をほとんど排出しないクリーンな燃料電池を提供すること。【解決手段】  シクロヘキサンを加熱して気体状にする加熱部２０と、加熱部２０によって加熱されたシクロヘキサンが供給される燃料供給口３４及びベンゼンを排出する回収物排出口３８を備えた燃料極電極２８と、酸素が供給される空気極供給口４０及び水が排出される排出口４２を備えた空気極電極２８と、燃料極電極２８と空気極電極３２とに狭持された電解質膜３０と、を備えた燃料電池である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
総炭素数５以上の有機ハイドライドを加熱して気体状にする第１の加熱手段と、
前記第１の加熱手段によって加熱された前記有機ハイドライドが供給される供給口及び前記有機ハイドライドの脱水素化合物を排出する排出口を備えた燃料極電極と、
酸素が供給される供給口及び水が排出される排出口を備えた空気極電極と、
前記燃料極電極と前記空気極電極とに狭持された電解質膜と、
を備えた燃料電池。
【請求項２】
前記第１の加熱手段は、前記燃料極電極の排出口から排出された脱水素化合物の酸化反応によって前記有機ハイドライドを加熱する請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
更に、前記燃料極電極を加熱する第２の加熱手段を備えた請求項１又は２に記載の燃料電池。
【請求項４】
更に、前記有機ハイドライドを加熱する第３の加熱手段を備え、且つ、前記第１の加熱手段は、前記第３の加熱手段によって加熱された有機ハイドライドを加熱する請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項５】
総炭素数５以上の有機ハイドライドを加熱して気体状にする第１の加熱手段と、
前記第１の加熱手段によって加熱された前記有機ハイドライドが供給される供給口及び前記有機ハイドライドの脱水素化合物を排出する排出口を備え且つ内部を前記供給口から供給された有機ハイドライドが流通する管状の燃料極触媒で形成された燃料極電極管と、
酸素が供給される供給口及び水が排出される排出口を備えた外壁と前記外壁の内部に設置された管状の空気極触媒とを備え且つ前記外壁と前記管状の空気極触媒の外周面との間に前記酸素が流通するようにした空気極電極管と、
前記管状の燃料極触媒の外周面と前記管状の空気極触媒の内周面とに狭持された電解質膜と、
を備えた燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素数５以上の液体の有機ハイドライドを直接燃料として用いる燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料の埋蔵量が激減しており、その代替となる燃料が求められている。このような代替燃料としては、容易に生成することが可能であることから水素ガスが注目されており、燃焼後に二酸化炭素を発生しないクリーンなエネルギー源として水素ガスを用いる燃料電池の開発が盛んにおこなわれている。また、このような燃料電池を車両搭載用途に用いるための研究も盛んになされており、搭載性（省体積、省重量）や安全性、更には原燃料の搭載量をいかに高めるかが課題となっている。
【０００３】
燃料電池は、水素ガスを直接燃料とし、水素と酸素とから水を生成する反応と逆の反応により発電する。例えば、燃料電池の１種である固体高分子型燃料電池は、固体高分子電解質膜を燃料極と酸素極との両側から挟み込んで形成されたセルを複数積層したスタックを備えて構成されている。
【０００４】
従来の燃料電池には、燃料極に燃料として水素ガスが、また、酸素極には酸化剤として空気がそれぞれ供給される。燃料電池の燃料極に供給された水素は、燃料極に備えられた触媒との反応によって水素イオンを発生し、この水素イオンが固体高分子電解質膜を通過して、酸素極で酸素と電気化学反応を起すことで発電する。
【０００５】
しかし、水素ガスは常温で気体であることから、その貯蔵や運搬が大変困難であるという問題がある。このため、従来では、デカリンやシクロヘキサン等の有機ハイドライドを原燃料とし、かかる有機ハイドライドから水素を分子の形で取り出して供給する燃料電池が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
しかし、上述のような有機ハイドライドから水素分子を取り出す燃料電池は、有機ハイドライドを加熱分解して水素分子を取り出し燃料電池の燃料極に供給するため、車両等に搭載するためには、その搭載量（航続距離）、搭載性及び安全性の点で技術上、費用上及び安全法規上の課題が多くあり、これらの全てを満足するためにさらなる改良が求められている。
【０００７】
また、燃料電池には水素ガスを直接燃料として用いるものの他に、常温常圧下で液体のメタノールを直接燃料として用いるものが知られている。
【０００８】
しかし、上述のメタノールを直接燃料として用いる燃料電池は、電力を発生する際にその反応に伴って二酸化炭素が発生してしまう。かかる二酸化炭素は地球温暖化の原因になるため、クリーンなエネルギー源としてはふさわしくない。また、発生する電気エネルギーも０．５Ｖ程度と低く十分ではない。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−１８４４３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記の問題を解決すべく、常温常圧下で安定であり且つ安全性、取り扱い性及び水素貯蔵量に優れた液体の有機ハイドライドを直接燃料とし、搭載性及び安全に優れ、炭酸ガス等をほとんど排出しないクリーンな燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の課題を解決すべく、本発明の燃料電池は、総炭素数５以上の有機ハイドライドを加熱して気体状にする第１の加熱手段と、前記第１の加熱手段によって加熱された前記有機ハイドライドが供給される供給口及び前記有機ハイドライドの脱水素化合物を排出する排出口を備えた燃料極電極と、酸素が供給される供給口及び水が排出される排出口を備えた空気極電極と、前記燃料極電極と前記空気極電極とに狭持された電解質膜と、を備えて構成される。
【００１２】
本発明の燃料電池によれば、常温常圧下で安定であり且つ安全性、取り扱い性及び水素貯蔵量に優れた液体の有機ハイドライドを燃料電池の直接燃料とするため、改質装置等を設ける必要がなく、コンパクトに設計することができる。
【００１３】
また、本発明における有機ハイドライドは、炭素数５以上の有機ハイドライドを用いる。本発明における有機ハイドライドの炭素数の上限は特には限定されないが、２０以下が好ましく、具体的には炭素数５〜９の液体の有機ハイドライドを用いることが更に好ましい。
【００１４】
上記有機ハイドライドとしては、例えば、非環式の、ｎ−ヘキサン、ｉｓｏ−オクタン等や、環式の、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ジメチルシクロヘキサン、１，３，５−トリメチルシクロヘキサン等の単環式化合物、デカリン、メチルデカリン、テトラリン（テトラヒドロナフタレン）等の二環式化合物、テトラデカヒドロアントラセン等の三環式化合物、等が挙げられる。本発明において直接燃料として用いる有機ハイドライドとしては、特に、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、デカリン、メチルデカリン、テトラリン、メチルテトラリンが好ましく、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサンが更に好ましい。
【００１５】
また、本発明の燃料電池は、炭素数５以上の有機ハイドライドを用いるため起電力が高く、例えば、直接燃料としてシクロヘキサンを用いた場合には、下記の反応式に示すように約１Ｖ（６５０ＫＪ）の電気エネルギーを放出することができる。更に、本発明の燃料電池では、発電反応の際に生成するのは脱水素化合物及び水のみであり、二酸化炭素等の発生がない。
【００１６】
Ｃ6Ｈ12＋３／２Ｏ2  →  Ｃ6Ｈ6＋３Ｈ2Ｏ＋６５１ｋＪ
【００１７】
炭素数５以上の有機ハイドライドの脱水素化合物は液体状又は固体状になりやすいため、発電効率の低下を防止するためにはすみやかに回収することが必要である。本発明の燃料電池によれば、第１の加熱手段によって加熱され気体状にされた有機ハイドライドを燃料極電極に供給することで、有機ハイドライドの脱水素化合物を気体の状態で速やかに燃料極電極から排出（回収）することができる。これにより、燃料極電極が所定温度以下に低下して上記脱水素化合物が液体状又は固体状になり、燃料極電極に備えられた触媒等に付着して発電効率が低下するのを防止することができる。
【００１８】
第１の加熱手段による有機ハイドライドの加熱温度としては、供給される有機ハイドライドが気体状態を保てる温度であり且つ燃料極電極内の脱水素化合物が気体状態を保てる温度であれば特に限定はない。例えば、有機ハイドライドとしてシクロヘキサン又はメチルシクロヘキサンを用いた場合には、第１の加熱手段によって約８０〜１１０℃程度に加熱されるのが好ましい。
【００１９】
前記有機ハイドライドは、燃料極電極に備えられた触媒上で水素イオンと電子とを放出し、脱水素化合物を生成する。前記脱水素化合物としては、例えば、有機ハイドライドとしてシクロヘキサンを用いた場合には、ベンゼンが脱水素化合物として生成し、メチルシクロヘキサンを用いた場合には、脱水素化合物としてトルエンが生成される。
【００２０】
本発明の燃料電池は、前記第１の加熱手段において、前記排出口から排出された脱水素化合物の酸化反応によって前記有機ハイドライドを加熱するように構成することができる。前記第１の加熱手段の熱源としては、シリコーンオイル等の加熱媒体やヒータ等公知の加熱手段を適宜用いることができるが、本発明の燃料電池によれば、前記脱水素化合物の酸化反応によって生じる反応熱を有機ハイドライドの加熱に用いることで、加熱効率を高め且つ省エネルギー化を図ることができる。
【００２１】
また、本発明の燃料電池は、更に、前記燃料極電極を加熱する第２の加熱手段を備えて構成することができる。
【００２２】
本発明の燃料電池によれば、前記燃料極電極を加熱する第２の加熱手段を設け、燃料極電極自体を加熱することで、上記脱水素化合物の排出（回収）をよりスムーズにおこなうことができる。これにより、上記脱水素化合物が液化又は固体化して燃料極電極内に留まるのを防止することができる。
【００２３】
前記第２の加熱手段としては、ヒーターやシリコーンオイル等の加熱媒体を用いることができる。第２の加熱手段は、燃料極電極内の脱水素化合物が気体状態を保て且つ電解質膜に影響を与えないように考慮された温度であれば特に限定はない。例えば、有機ハイドライドとしてシクロヘキサンを用いた場合には、約１１０℃前後に極力極電極内の温度を保つのが好ましい。
【００２４】
本発明の燃料電池は、更に、前記有機ハイドライドを加熱する第３の加熱手段を備え、且つ、前記第１の加熱手段は、前記第３の加熱手段によって加熱された有機ハイドライドを加熱するように構成することができる。
【００２５】
本発明によれば、第１の加熱手段による加熱に先立って有機ハイドライドを加熱する第３の加熱手段を設けることで、第１の加熱手段で加熱される有機ハイドライドを予備的に加熱することできる。これにより、第１の加熱手段における加熱負担を分散させることができ、エネルギー効率の向上を図ることができる。
【００２６】
第３の加熱手段の熱源としては、上述と同様に、ヒータやシリコーンオイル等の加熱媒体を用いることができる。例えば、第３の加熱手段と燃料極電極より排出された脱水素化合物の流通路とをそれぞれ配管で構成し、第３の加熱手段における配管と脱水素化合物が流通する配管とをそれぞれ近傍に設置することで、脱水素化合物の排出熱を熱交換により有機ハイドライドの加熱に用いられる熱に変換することができる。
【００２７】
また、本発明の燃料電池は、総炭素数５以上の有機ハイドライドを加熱して気体状にする第１の加熱手段と、前記第１の加熱手段によって加熱された前記有機ハイドライドが供給される供給口及び前記有機ハイドライドの脱水素化合物を排出する排出口を備え且つ内部を前記供給口から供給された有機ハイドライドが流通する管状の燃料極触媒で形成された燃料極電極管と、酸素が供給される供給口及び水が排出される排出口を備えた外壁と前記外壁の内部に設置された管状の空気極触媒とを備え且つ前記外壁と前記管状の空気極触媒の外周面との間に前記酸素が流通するようにした空気極電極管と、前記管状の燃料極触媒の外周面と前記管状の空気極触媒の内周面とに狭持された電解質膜と、備えて構成することができる。
【００２８】
本発明によれば、管状の燃料電極管と空気極電極管とで燃料電池を構成することによって、省スペース化及び反応効率の向上を図ることができる。また、かかる態様の燃料電池は、単独で用いてもよいし、複数の燃料電池を並列に接続して用いてもよい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、常温常圧下で安定であり且つ安全性、取り扱い性及び水素貯蔵量に優れた有機ハイドライドを直接燃料とし、搭載性及び安全に優れ、且つ、炭酸ガス等をほとんど排出しないクリーンな燃料電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、図面を参照して、本発明の燃料電池を備えた燃料電池システムの実施形態を説明する。尚、下記の実施の形態において、有機ハイドライドとして、シクロヘキサンを用いた場合を例に説明する。但し、本発明においてはこれら実施の形態に制限されるものではない
【００３１】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態について、図１を用いて説明する。図１は、第１の実施の形態の燃料電池システムの構成を示す概略図である。図１において燃料電池システム１０は、燃料電池１２と燃料タンク１４とから構成され、燃料タンク１４内に貯留された液体のシクロヘキサンを直接燃料として燃料電池１２に供給することで発電するシステムである。
【００３２】
図１において、燃料電池１２は、セル部１６と、熱交換部１８と、加熱部２０と、ヒータ２２とから構成されており、セル部１６に接続された外部回路２４を通じて外部装置２６に電力を供給できるように構成されている。
【００３３】
本実施の形態においてセル部１６は、燃料極電極２８と、電解質膜３０と、空気極電極３２とから構成されており、燃料極電極２８と空気極電極３２とは外部回路２４を介して電子（ｅ-）が移動可能なようになっている。セル部１６は、直接燃料として供給されたシクロヘキサンが燃料極電極２８において水素イオンと電子とを放出し、放出された電子が外部回路２４を介して空気極電極３２まで移動することで、発電する。
【００３４】
燃料極電極２８には、燃料供給口３４と回収物排出口３６とが設けられており、直接燃料である液体のシクロヘキサンが供給されるとともに、シクロヘキサンの脱水素化合物であるベンゼンが回収可能なように構成されている。更に、燃料極電極２８には、触媒と拡散部材とから構成され外部回路２４の一端が接続された電極３８が備えられており、供給されたシクロヘキサンが拡散部材を通じて触媒に到達できるようになっている。
【００３５】
電極３８に備えられる触媒としては、公知の脱水素触媒を用いることができ、例えば、Ｐｔ、Ｐｔ−Ｒｈ、Ｐｔ−Ｉｒ、Ｐｔ−Ｒｅ、Ｐｔ−Ｗ等の貴金属系の金属を用いた炭素担持Ｐｔ触媒、炭素担持Ｐｔ−Ｉｒ複合金属触媒、炭素担持Ｐｔ−Ｒｅ複合金属触媒、炭素担持Ｐｔ−Ｗ複合金属触媒、又はニッケル系金属を使用した触媒等を用いることができる。電極３８は、担持した触媒と、電解質膜３０に用いられる高分子膜の溶液と、結合剤等とを混合することで形成することができる。
【００３６】
燃料極電極２８に、加熱部２０によって約１１０℃付近にまで加熱された気体状のシクロヘキサンが供給されると、シクロヘキサンが電極３８の触媒と反応して、水素イオンと電子とを放出し、脱水素化合物であるベンゼンを生成する。シクロヘキサンから放出された水素イオンは、電極３８と接するように備えられた電解質膜３０を通じて空気極電極３２まで移動する。これに対し、電解質膜３０は電子の移動を遮ることから、シクロヘキサンから放出された電子は電極３８を通じて空気極電極３２まで移動することとなる。
【００３７】
また、燃料極電極２８には、加熱部２０によって加熱されたシクロヘキサンが供給されることから、その内部の温度が約１１０℃程度に保たれている。このため、燃料極電極２８で生成したベンゼンを気体状に保つことができ、回収物排出口３６から容易に排出（回収）することができる。
【００３８】
電解質膜３０は、電極３８で発生した電子と水素イオンとのうち、水素イオンのみを通過させる膜であり、例えば、パーフルオロスルホン酸膜等の高分子膜で構成することができる。
【００３９】
空気極電極３２には空気供給口４０が設けられており、酸素を含む空気が供給されるようになっている。また、空気極電極３２には、触媒と拡散部材とから構成され外部回路２４の他端が接続された電極４４が備えられており、電解質膜３０を通じて移動してきた水素イオンと酸素とが反応して水を生成する。更に、空気極電極３２には、排出口４２が設けられており、空気極電極３２で生成した水を排出できるように構成されている。
【００４０】
電極４４に備えられる触媒としては、上述の電極３８と同様の触媒を用いることができる。また、電極４４は、担持した触媒と、電解質膜３０に用いられる高分子膜の溶液と、結合剤等とを混合することで形成することができる。
【００４１】
電極４４は、電解質膜３０と接するようにセル部１６内に設置される。電解質膜３０を移動してきた水素イオンは、空気供給口４０から供給された空気に含まれる酸素と反応し、外部回路２４を移動してきた電子を受け取って水を生成する。かかる、水素イオンと酸素との反応によって生じた水は、排出口４２からシステム外に排出される。
【００４２】
図１において熱交換部１８は、燃料タンク１４からポンプＰ１を介して供給されるシクロヘキサンを予備的に加熱する。図１に示すように熱交換部１８は、吸熱管４６と放熱管４８とで構成されており、放熱管４８からの放出熱を吸熱管４６が吸収できるようになっている。
【００４３】
吸熱管４６は、その管内を燃料タンク１４に貯留されたシクロヘキサンが流通しており、吸熱管４６内のシクロヘキサンは、放熱管４８からの放出熱により加熱されるようになっている。吸熱管４６の一端は、燃料タンク１４の燃料貯留部５０と接続される供給管５２と連結している。供給管５２にはポンプＰ１が備えられており、ポンプＰ１の駆動によって燃料貯留部５０に貯留された液体のシクロヘキサンが供給されるようになっている。
【００４４】
また、吸熱管４６の他端は、加熱部２０の加熱管５４の一端と連結しており、加熱部２０に熱交換部１８において予備的に加熱された液体のシクロヘキサンを供給できるようになっている。
【００４５】
放熱管４８は、その管内をセル部１６から排出されたベンゼンが流通している。この際、セル部１６から排出されたベンゼンは余熱を有しており、かかる余熱が放出熱となって放熱管４８より放出される。放熱管４８の一端は、熱交換部１８の排出管５６と接続されており、加熱部２０において酸化反応による加熱に用いられたベンゼンの残りが供給されるようになっている。また、放熱管４８の他端は、一端が燃料タンク１４の回収物貯留部５８に接続されポンプＰ２を備えた排出管６０と連結されており、ベンゼンを回収物貯留部５８に排出できるようになっている。
【００４６】
熱交換部１８においては、放熱管４８より放出された熱が吸熱管４６に吸収されるように構成される。このため、吸熱管４６と放熱管４８とは熱交換が可能となるように熱交換部１８内に設置される。また、熱交換が可能であれば、吸熱管４６と放熱管４８との形状は特に限定はされず、例えば、スパイラル状やチューブ状であってもよい。
【００４７】
図１において、加熱部２０は、加熱管５４と複数の反応器６２が備えられた排出管５６とで構成されており、セル部１６から排出されたベンゼンの酸化反応により、液体のシクロヘキサンを加熱して気体状のシクロヘキサンにできるようになっている。
【００４８】
加熱管５４は、その一端が熱交換部１８の吸熱管４６と連結しており、管内を熱交換部１８によって予備的に加熱されたシクロヘキサンが流通するように構成されている。また、加熱管５４の他端は、セル部１６の燃料供給口３４に接続されており、加熱部２０で加熱し気体状になったシクロヘキサンをセル部１６に供給できるように構成されている。
【００４９】
また、排出管５６の一端は、セル部１６の回収物排出口３６に接続されており、セル部１６内で生成したベンゼンが管内を流通するように構成されている。また、排出管５６の他端は、熱交換部１８の放熱管４８と連結しており、酸化反応に使用された残りのベンゼンを熱交換部１８に供給できるように構成されている。
【００５０】
加熱部２０には熱源としてベンゼンの酸化反応によって発熱する反応器６２が複数設けられており、反応器６２からの熱によって加熱管５４を流通する液体のシクロヘキサンが気体状になるまで（約１１０℃程度にまで）加熱する。排出管５６に備えられた反応器６２には図示を省略する空気供給口とプラグとが設けられており、ベンゼンと空気とが供給されるようになっている。反応器６２内に供給された空気とベンゼンとは、プラグの点火によって酸化反応を起こし熱を生成することができる。また、反応器６２に、公知の酸化触媒を備え、ベンゼンと空気との酸化反応を促進させるようにしてもよい。
【００５１】
図１においてヒータ２２は、セル部１６の燃料極電極２８を加熱するために設けられる。ヒータ２２によって燃料極電極２８を加熱することによって、ベンゼンが燃料極電極２８内で凝固又は析出して発電効率を低下させるの防止することができる。
【００５２】
図１において、燃料タンク１４は、燃料貯留部５０と回収物貯留部５８とから構成されている。燃料貯留部５０には、燃料電池１２の直接燃料として用いるシクロヘキサンが貯留されており、燃料電池１２の熱交換部１８にシクロヘキサンを供給できるように構成されている。また、回収物貯留部５８には、セル部１６から回収されたベンゼンが貯留される。
【００５３】
燃料貯留部５０と回収物貯留部５８とは、樹脂製バック等の伸縮性の容器で形成されており、内容量にともなってその容積が変動可能なようになっている。また、燃料貯留部５０と回収物貯留部５８とは、離脱可能に構成することも可能である。例えば、回収物貯留部５８中のベンゼンが一定量を超えた場合に、回収物貯留部５８から吸い出してもよいし、回収物貯留部５８を離脱して新しい空の回収物貯留部５８に取り替え可能なようにしてもよい。同様に、燃料貯留部５０を離脱可能に構成し、燃料貯留部５０内のシクロヘキサンがなくなった場合に、シクロヘキサンが満タンに収容された新たな燃料貯留部５０と取り替え可能なように構成することもできる。
【００５４】
次に本発明の燃料電池による発電機構について説明する。まず、燃料タンク１４の燃料貯留部５０に貯留された液体状のシクロヘキサンがポンプＰ１によって熱交換部１８の吸熱管４６に供給されると、シクロヘキサンは吸熱管４６を流通しながら、放熱管４８から放出された熱を吸収し、加熱される。
【００５５】
次いで、熱交換部１８において予備的に加熱された液体状のシクロヘキサンは加熱部２０に供給される。加熱部２０に供給された液体状のシクロヘキサンは加熱管５４を流通する際に、反応器６２からの熱により、加熱され気体状になる。この際、反応器６２にはセル部１６から排出されたベンゼンが供給されており、その酸化反応熱によって加熱管５４中のシクロヘキサンを加熱する。
【００５６】
加熱部２０において加熱され気体状になったシクロヘキサンは、燃料供給口３４からセル部１６の燃料極電極２８に供給され、電極３８において水素イオンと電子とを放出して、ベンゼンを生成する。この際、電極３８において放出された水素イオンは電解質膜３０を通過し、空気極電極３２の電極４４まで移動する。また、電極３８において放出された電子は、外部回路２４を移動する。本発明の燃料電池は、この電子の移動により外部装置に電力を供給することができる。
【００５７】
電極４４まで移動した水素イオンは、空気供給口４０から空気極電極３２に供給された酸素と、外部回路２４を移動してきた電子と反応して水を生成する。空気極電極３２において生成された水は排出口４２からシステム外に排出される。
【００５８】
一方、燃料極電極２８には、加熱されたシクロヘキサンが供給されており、更にヒータ２２により加熱されている。このため、燃料極電極２８内で、脱水素化合物であるベンゼンが液化又は析出することなく、燃料極電極２８で生成したベンゼンを気体状のまま回収物排出口３６から回収することができる。これにより、脱水素化合物であるベンゼンが燃料極電極２８で液化又は析出することによって、燃料電池の起電力が低下するのを防止することができ、外部装置に安定して電力を供給することができる。
【００５９】
回収物排出口３６から排出されたベンゼンは、加熱部２０に供給され、セル部１６に供給されるシクロヘキサンを加熱する為に用いられる。このように、本実施の形態の燃料電池によれば、回収物として回収したベンゼンの酸化反応によって直接燃料であるシクロヘキサンを加熱するため装置内のエネルギー効率に優れる。
【００６０】
また、加熱部２０においてシクロヘキサンの加熱のための酸化反応に用いられなかったベンゼンは、そのまま排出管５６を流通し、熱交換部１８の放熱管４８に供給される。放熱管４８に供給されるベンゼンはある程度の余熱を有しているため、放熱管４８を流通する際に熱を放出し、吸熱管４６内のシクロヘキサンとの熱交換によって、冷却される。このように、本実施の形態によれば、熱交換部１８によって予備的に加熱したシクロヘキサンを加熱部２０に供給するため、加熱部２０における加熱負担を軽減でき、エネルギー効率に優れる。
【００６１】
熱交換部１８から排出されたベンゼンは、ポンプＰ２を介して、燃料タンク１４の回収物貯留部５８に貯留される。
【００６２】
（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態について図２から図４を用いて説明する。本実施の形態におけるセル部は、第１の実施の形態におけるセル部と転用可能な管状のセル部であり、重複する箇所については説明を省略する。尚、本実施の形態においては、直接燃料として液体のシクロヘキサンを用いた態様について説明する。
【００６３】
図２は、第２の実施の形態におけるセル部の構成を示す概略図である。図２において、セル部７０は、燃料極電極管７２と、電解質膜７４と、空気極電極７６と、を外壁７８で覆うように構成されており、燃料極電極管７２と空気極電極７６とは外部回路２４を介して電子が移動可能なようになっている。
【００６４】
本実施の形態において、セル部７０は、管状であり、直接燃料として供給されたシクロヘキサンが燃料極電極を形成する管の内壁において水素イオンと電子とを放出し、放出された電子が外部回路２４を介して空気極電極３２まで移動することで発電する。
【００６５】
燃料極電極管７２は、触媒で形成された管であり、その管内をシクロヘキサンが流通するように構成されている。燃料極電極管７２には、燃料供給口８０と回収物排出口８２とが設けられており、直接燃料であるシクロヘキサンが供給されるとともに、シクロヘキサンの脱水素化合物であるベンゼンが回収可能なように構成されている。更に、燃料極電極管７２には、外部回路２４の一端が接続されている。
【００６６】
燃料極電極管７２を形成する触媒としては、公知の脱水素触媒を用いることができ、上述で例示したものと同様の触媒等を用いることができる。
【００６７】
燃料極電極管７２の管内に、加熱部２０によって約１１０℃付近にまで加熱された気体状のシクロヘキサンが供給されると、管の壁面を形成する触媒と反応して、水素イオンと電子とを放出し、脱水素化合物であるベンゼンを生成する。シクロヘキサンから放出された水素イオンは、燃料極電極管７２の外壁面と接するように備えられた電解質膜７４を通じて空気極電極７６まで移動する。これに対し、電解質膜７４は電子の移動を遮ることから、シクロヘキサンから放出された電子は外部回路２４を通じて空気極電極７６まで移動することとなる。
【００６８】
また、燃料極電極管７２には、加熱部２０によって加熱されたシクロヘキサンが供給されることから、その内部の温度が約１１０℃程度に保たれている。このため、燃料極電極管７２で生成したベンゼンを気体状に保つことができ、回収物排出口８２から容易に排出（回収）することができる。また、燃料極電極管７２には補助的に燃料極電極管内を加熱するヒータ等の加熱手段を別途設けてもよい。
【００６９】
燃料極電極管７２と電解質膜７４と空気極電極７６と外壁７８との位置関係について図３を用いて説明する。図３は、図２のＡＡ’断面図である。図３に示すようにセル部７０は、燃料極電極管７２の外壁面と空気極電極７６の内壁面とに挟まれるように電解質膜７４が設置されている。燃料極電極管７２の管内８４に供給されたシクロヘキサンは、燃料極電極管７２の壁面を形成する触媒と反応してその壁面で水素イオンと電子とを放出し、ベンゼンを生成する。
【００７０】
燃料極電極管７２の壁面で放出された水素イオンは、電解質膜７４を通じて空気極電極７６にまで移動する。図３に示すように、空気極電極７６は、触媒で形成される管状の管状電極８６を備えその内壁面で電解質膜７４と接しており、更に、外壁７８の壁面と形成した空気の流通路８８が設けられている。
【００７１】
電解質膜７４は、燃料極電極管７２で発生した電子と水素イオンとのうち、水素イオンのみを通過させる膜であり、例えば、パーフルオロスルホン酸膜等の高分子膜で構成することができる。
【００７２】
図２に示すように空気極電極７６には外壁７８を貫通するように空気供給口９０が設けられており、酸素を含む空気が供給されるようになっている。また、管状電極８６には外部回路２４の一端が接続されている。空気供給口９０を通じて供給された酸素は、図２に示す流通路８８を流通して管状電極８６の外周面を覆うように滞留し、電解質膜７４を介して移動してきた水素イオンと外部回路を移動してきた電子と反応して水を生成する。
【００７３】
また、空気極電極７６には、外壁７８を貫通するように排出口９２が設けられており、管状電極８６の外周面で生成した水を排出できるように構成されている。管状電極８６を構成する触媒としては、上述のものと同様の触媒を用いることができる。
【００７４】
セル部７０を用いた発電機構について説明する。図１における加熱部２０において加熱された気体状のシクロヘキサンが、燃料供給口８０から触媒で形成された燃料極電極管７２の管内に供給されると、燃料極電極管７２の内壁面とシクロヘキサンとが反応し水素イオンと電子とを放出する。
【００７５】
燃料極電極管７２の内壁で放出された水素イオンは電解質膜７４を介して空気極電極７６にまで移動する。また、燃料極電極管７２の内壁で放出された電子は、外部回路２４を通じて空気極電極７６にまで移動し、空気極電極７６において酸素と水素イオンと反応し水が生成される。
【００７６】
一方、燃料極電極管７２で電子と水素イオンとを放出したシクロヘキサンは、ベンゼンを生成する。ここで、セル部７０の管内には加熱されたシクロヘキサンが供給されることから、その温度がベンゼンが気体状で存在できる温度に保たれている。このため、ベンゼンが液化又は析出して起電力を低下させることがない。
【００７７】
燃料極電極管７２で生成した気体状のベンゼンは、回収物排出口８２から回収（排出）され、図１における加熱部２０及び熱交換部１８で直接燃料であるシクロヘキサンの加熱に用いられたのち、燃料タンク１４の回収物貯留部５８に貯留される。また、セル部７０は、図４に示すように複数を並列に接続して搭載してもよい。図４は、第２の実施の形態におけるセル部を複数搭載した態様を示す概略図である。
【００７８】
本実施の形態によれば、上述の第１の実施の形態における効果に加えて、セル部として管状のセル部を用いることで、本発明の燃料電池をコンパクトに設計することができ、搭載性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の燃料電池の構成を示す概略図である。
【図２】第２の実施の形態におけるセル部の構成を示す概略図である。
【図３】図２のＡＡ’断面図である。
【図４】第２の実施の形態におけるセル部を複数搭載した態様を示す概略図である。
【符号の説明】
【００８０】
１０  燃料電池システム
１２  燃料電池
１４  燃料タンク
１６，７０  セル部
１８  熱交換部
２０  加熱部
２２  ヒータ
２８  燃料極電極
３０，７４  電解質膜
３２，７６  空気極電極
３４，８０  燃料供給口
３６，８２  回収物排出口
４０，９０  空気供給口
４２，９２  排出口
７２  燃料極電極管
７８  外壁
８８  流通路
【図１】
2005129291.tif 000003
【図２】
2005129291.tif 000004
【図３】
2005129291.tif 000005
【図４】
2005129291.tif 000006